Невзаимность в поляризации фотонов на основе направления поляризатора в гравитационных полях
Группа физиков открыла новый способ объединение двух фундаментальных теорий — теории гравитации Эйнштейна и квантовой механики. Уорнер А. Миллер, доктор философии, соавтор и профессор кафедры физики в Колледже наук имени Чарльза Э. Шмидта при Флоридском Атлантическом университете в сотрудничестве с учеными из Сеульского университета и Сеульского национального университета, Южная Корея, обнаружили, что поляризация света — направление, в котором он вибрирует при движении — может вести себя неожиданным образом при прохождении через искривленное пространство. Оказалось, что свет не "отменяет" своего поворота, даже если он возвращается по своему пути. Это бросает вызов общепринятому мнению, что свет всегда возвращается в исходное состояние после прохождения замкнутого контура, особенно если на его путь влияет только гравитация. Результаты исследования были опубликованы в Scientific Reports.
Рис. Наземная станция-спутник (A) и наблюдатели на орбите в экваториальной плоскости вращающейся черной дыры (B). Как показано на (CE), волновые векторы фотонов выровнены с локальной третьей осью, e φ , т. е. преобразованы в стандартную систему отсчета. Для случаев Земля-спутник-на-полярных-орбитах и наблюдателей в экваториальной плоскости черной дыры M87*, WRA построены как на (F) и (G) соответственно. Исходное изображение Земли, использованное в A, получено от Yeongkwang Kim. Кредит: Scientific Reports (2024). DOI: 10.1038/s41598-024-71203-x
Ключ к этому открытию лежит в оси квантования — по сути, в угле, под которым поляризатор измеряет свет. Регулируя эту ось, можно значительно усилить эффект. Фактически, сдвиг угла поляризации света — известный как угол вращения Вигнера (WRA) — может стать в 10 раз больше, чем тот, который вызвала бы одна лишь гравитация, даже в экстремальных условиях, например, вблизи черной дыры.
Для проверки своих данных команда предлагает построить астрономический интерферометр — высокочувствительный инструмент, состоящий из спутников, работающих в космосе. Эти спутники будут оснащены специально ориентированными поляризаторами, предназначенными для обнаружения усиленных сдвигов поляризации.
Ученые также полагают, что некоторые эффекты можно проверить в лаборатории, используя зеркала и поляризаторы для имитации необходимых условий. Если это будет доказано, эти невзаимные сдвиги в поляризации света могут стать мощным инструментом в изучении Вселенной, помогая понять структуру пространства, природу света и связь между гравитацией и квантовой механикой.
